(57)【要約】  【課題】見かけ上の曲率半径が小さい面を含む小型光学系の組み上がり偏心測定において、被測定面の反射像と近接面の反射像との区別が容易で、かつ、高精度な測定が可能な偏心測定方法及び偏心測定装置を提供する。  【解決手段】３面以上の光学面で構成される被測定光学系２６１の偏心量を測定する装置であって、光源２８４と、被測定面に光源２８４の像を投影する投影光学系２６６と、前記被測定面から反射された光源２８４の反射像の位置を検出する光検出器２６７と、前記被測定面から反射された光源２８４の反射像を光検出器２６７の受光面に結像させる結像光学系２６６と、前記反射像の像位置の測定結果に基づいて前記被測定面の偏心量を算出する手段３３０と、被測定光学系２６１と投影光学系２６６との間に配置された補助光学系２６４とを有する。【選択図】  図４
2005147945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３面以上の光学面で構成される被測定光学系の偏心量を測定する装置であって、
光源又は光源で照明された指標と、
被測定面に前記光源又は光源で照明された指標の像を投影する投影光学系と、
前記被測定面から反射された前記光源又は光源で照明された指標の反射像の位置を検出する光検出器と、
前記被測定面から反射された前記光源又は光源で照明された指標の反射像を前記光検出器の受光面に結像させる結像光学系と、
前記反射像の像位置の測定結果に基づいて前記被測定面の偏心量を算出する手段と、
前記被測定光学系と前記投影光学系との間に配置された補助光学系とを有することを特徴とする偏心測定装置。
【請求項２】
前記被測定光学系の見かけ上の曲率中心のうち少なくとも２つ以上の曲率中心が、前記補助光学系の主点位置と前記主点位置から前記補助光学系の焦点距離の２倍の距離だけ離れた位置との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の偏心測定装置。
【請求項３】
前記補助光学系を前記被測定光学系の一部とみなして測定機制御及び測定を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏心測定装置。
【請求項４】
前記補助光学系を前記被測定光学系に装着して測定するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の偏心測定装置。
【請求項５】
３面以上の光学面で構成される被測定光学系と投影光学系との間に補助光学系を配置し、
光源又は光源で照明された指標の像を前記投影光学系を介して被測定面に投影し、
前記被測定面から反射された前記光源又は光源で照明された指標の反射像を結像光学系を介して光検出器の受光面に結像させ、
前記被測定面から反射された前記光源又は光源で照明された指標の反射像の位置を光検出器で検出し、
前記反射像の像位置の測定結果から前記被測定面の偏心量を算出することを特徴とする偏心測定方法。
【請求項６】
前記被測定光学系の見かけ上の曲率中心のうち少なくとも２つ以上の曲率中心が、前記補助光学系の主点位置と前記主点位置から前記補助光学系の焦点距離の２倍の距離だけ離れた位置との間に位置するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の偏心測定方法。
【請求項７】
前記補助光学系を前記被測定光学系の一部とみなして測定機制御及び測定を行なうことを特徴とする請求項５又は６に記載の偏心測定方法。
【請求項８】
前記補助光学系を前記被測定光学系に装着して測定することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の偏心測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型光学系の偏心測定装置及び偏心測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラ，デジタルカメラ，内視鏡，携帯機器等に用いられる光学系は、年々小型化する傾向にある。これに伴い、光学系の曲率半径も、おおよそ係数倍で小さくなっている。
ところで、光学系は、組み上がった状態において、保持された光学系の各面の姿勢が設計値と異なると、光学性能は劣化する。各面の姿勢が設計値と異なる状態を、偏心（偏心状態）という。特に、曲率半径の小さい面の偏心は、光学性能を大きく劣化させる。
そこで、近年、曲率半径が小さい面を含む小型光学系においては、組み上がり偏心測定を高精度に行なうことが、大変重要となっている。
ここで、組み上がり偏心測定とは、光学系の組み上がり後に、光学系の各面がどのような姿勢で保持されているかを測定することである。また、この組み上がり偏心測定の対象になる光学系としては、例えば、携帯用機器の撮影レンズ部組やデジタルカメラのレンズ部組等がある。
【０００３】
従来の一般的な光学系の組み上がり偏心測定装置や偏心測定方法としては、例えば、次の特許文献１の従来技術に記載されている。
【特許文献１】特願２００２−２３１２０２
【０００４】
図７を用いて従来技術の説明を行なう。図７は、一般的な光学系の組み上がり偏心測定方法の一従来例を示す説明図である。
図７の例では、一般的なオートコリメーション方式を用いている。
図７において、Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4は、被測定光学素子又は被測定光学系を構成する各レンズ面である。オートコリメーション方式では、各レンズ面Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4のうち、測定しようとする被検面（被測定面）、例えば、被検面Ｓ4の見かけ上の曲率中心に、指標Ｉ1を投影する。そして、被検面Ｓ4による等倍の反射像Ｉ2を結像させる。このとき、反射像Ｉ2は、指標Ｉ1と同じ所定の面（光軸に垂直な面）内に形成される。よって、この所定の面において、指標Ｉ1と反射像Ｉ2のズレを測定すれば、被検面Ｓ4の偏心量を求めることができる。（なお、見かけ上の曲率中心とは、被測定光学素子又は被測定光学系を構成する複数のレンズ面のうち、被測定面と図示されない測定機光学系との間に存在する、被測定面とは別の面を介して結像される被測定面の曲率中心の像の位置のことである。）
【０００５】
この場合、測定基準軸Ｂに対して、全てのレンズ面に偏心がなければ、この基準軸Ｂ上の投影位置Ａに、反射像Ｉ2が形成される。これに対し、もし何れかのレンズ面に偏心が存在すれば、基準軸Ｂから該基準軸Ｂに対して垂直な方向に所定量離れた位置に、反射像Ｉ2が形成されることになる。なお、図７の例では、それらの方向のうち、紙面と平行な方向をＸ方向、紙面に垂直な方向をY方向とする。
【０００６】
ここで、基準軸Ｂから反射像Ｉ2までの距離を、△Ｘ及び△Ｙ（以下、「フレ量△」と示す。）とする。
上述のように、被測定光学素子又は被測定光学系は、個々のレンズ面で構成されている。よって、フレ量△は、個々のレンズ面の偏心量（測定基準軸に対する傾き）εを変数とする関数（「関数ｆ」とする。）で表される。ここで、近軸領域においては、フレ量△は各レンズ面の偏心量εの線形結合で表される。すなわち、フレ量△は、被測定面の測定第１面側から近軸光線追跡で順次に定まるものである。
【０００７】
図７のような４面からなる被測定光学系の場合、フレ量△と偏心量εとの関係は、次の式(1)のように表すことができる。
2005147945.tif 000003
上記式(1)において、△及びεの添え字は各レンズ面を表している。また関数ｆで表される行列の各成分ａは、周知の近軸光線追跡によって求まる被測定光学系の各被測定面固有の係数である。
【０００８】
被測定光学系のレンズ面数がｎ面ある場合は、ｎ個成分のΔに関する列ベクトル、ｎ個成分のεに関する列ベクトル、ｎ行×ｎ列の行列で表せばよい。すなわち、次の式(2)で表すことができる。
2005147945.tif 000004
従って、被測定光学素子又は被測定光学系を構成する各レンズ面についてフレ量△を測定すれば、関数ｆを用いて測定基準軸に対する各レンズ面の偏心量εを求めることができる。
【０００９】
次に、従来の組み上がり偏心測定装置の基本的構成について、図８の例を用いて説明する。図８は組み上がり偏心測定装置の一従来例を示す説明図であって、被検面２０４により生じたフレ量△を、結像面上でフレ量△ａとして観察する構成を示している。図８の組み上がり偏心測定装置は、基本的にオートコリメーション方式を用いている。
図８の偏心測定装置は、光源２０１と、光源２０１の像を投影する投影光学系２０２と、光源２０１の像の位置を検出する光検出器２０５を有している。この像は、被測定光学系２０３の被検面２０４から反射された光が結像してものである。
なお、２０６は半透鏡（又はビームスプリッタ）である。また、光源２０１は、それ自体が指標の役割を果たしている。ただし、光源２０１とは別に指標を設けてもよい。よって、光源２０１には、光源２０１で照明された指標も含まれる。
【００１０】
ここで、被検面２０４は、偏心量（測定基準軸Ｂに対する傾き）εを有しているものとする。なお、フレ量△（１次のフレ量という）とフレ量△ａ（２次のフレ量という）とは、次の関係を有する。
△ａ＝△  ×（投影光学系の倍率）
このように、フレ量△ａは、投影光学系２０２の倍率で一義的に定まる。よって、投影光学系２０２の倍率が既知であり、フレ量△ａを求めることができれば、フレ量△が決定される。
【００１１】
図８の偏心測定装置では、投影光学系２０２を介して、光源２０１からの光が所定の位置に結像（収束）している。この所定の位置は、被検面２０４の見かけ上の曲率中心の位置である。この見かけ上の曲率中心の位置は、測定基準軸Ｂ上に存在している。なお、被測定光学系２０３は、枠体内に組み込まれている。
【００１２】
光源２０１、投影光学系２０２、光検出器２０５及び被測定光学系２０３は、いずれも偏心測定装置に配置されている。なお、投影光学系２０２は、２つの機能を有している。一つは、光源２０１からの光を、被検面２０４に投影する機能（投影光学系としての機能）である。もう一つは、被検面２０４から反射される反射光を、光検出器（の受光面）２０５に結像させる機能（結像光学系としての機能）である。なお、投影光学系、結像光学系、光源及び光検出器で構成された光学系を測定光学系という。
【００１３】
光束の収束位置と被検面２０４の見かけ上の曲率中心位置とが測定基準軸Ｂ上で一致する場合には、光束は被検面２０４に対して垂直に入射することになる。この場合、被検面２０４で反射した反射光は、入射光と同じ光路を逆行する。そして、半透鏡（又はビームスプリッタ）２０６で反射され、光源２０１（又は光源２０１で照明された指標）と共役な位置に結像する。この結像位置は光検出器（の受光面）２０５上にあるので、被検面２０４で反射した反射光は、通常は光検出器（の受光面）２０５における測定基準軸Ｂ１上に結像する。
【００１４】
これに対し、光束の収束位置と被検面２０４の曲率中心位置とが一致しないでずれている（被検面が偏心量としてεの偏心をしている）場合には、光束は被検面２０４に対して斜めに入射することになる。この場合、被検面２０４で反射した反射光は、入射光の光路からずれて逆行する。そして、上述の結像位置において、測定基準軸Ｂ１から垂直方向に△ａずれた位置に結像する。
【００１５】
従って、そのフレ量△ａを測定すれば、被検面２０４により生じたフレ量△を計算により求めることができる。そして、関数ｆを用いることによって、被検面２０４の偏心量εを求めることができる。また、図８には示していないが、偏心測定装置は、コンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば、(1)被測定光学系の設計データ（各レンズの曲率半径、屈折率、肉厚、レンズ面間隔等）のデータ入力、(2)測定装置の制御、(3)結像面で検出されるフレ量のデータ取り込み、(4)偏心量の計算、等を行なうように構成されている。また、偏心測定装置は、フォーカス又は倍率合わせのために測定装置の光学系を駆動する光学系駆動機構等を備えている。
【００１６】
また、図８の偏心測定装置による測定手順の概略は、次のとおりである。
まず、図示省略したコンピュータに、被測定光学系２０３の設計データ（各レンズの曲率半径、面間隔、媒質の屈折率等）及び測定条件を入力する。コンピュータは入力データに基づいて、各被検面の見かけ上の曲率中心位置、上記の行列式(2)に相当する関数ｆで表される行列係数、結像光学系の倍率等を計算する。計算した見かけ上の曲率中心位置、倍率に基づいて、測定装置が所定のフォーカス、倍率になるように、測定装置の光学系の投影光学系及び結像光学系を制御する。そして、コンピュータは、結像面で検出されるフレ量のデータを取り込み、このフレ量のデータと、上記の行列式(2)に相当する関数ｆで表される行列係数、結像光学系の倍率から、被測定光学系２０３の偏心量を計算する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、被測定光学系を構成する所望の面の被測定面について測定を行なうときに、該被測定面の見かけ上の曲率中心位置の近傍に、被測定光学系を構成する他の光学面の見かけ上の曲率中心位置が存在する場合がある（以下、このような他の光学面のことを近接面と呼ぶ）。その場合、被測定面の反射像と近接面の反射像とが接近して検出されるため、従来では、両者の区別が大変困難になり、高精度な測定が困難になってしまう。この現象は、被測定光学系の見かけ上の曲率半径が全体的に小さいと顕著に現れる。
また、従来の偏心測定装置及び測定方法では、被測定面の見かけ上の曲率半径が小さくなるのに伴って、偏心測定精度は急激に低下するという問題もある。
これらの理由により、近年の小型光学系においては、十分な精度で偏心測定が行なえない場合があり、光学系の製造に支障を来たしている。
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、見かけ上の曲率半径が小さい面を含む小型光学系の組み上がり偏心測定において、被測定面の反射像と近接面の反射像との区別が容易で、かつ、高精度な測定が可能な偏心測定方法及び偏心測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の偏心測定装置は、３面以上の光学面で構成される被測定光学系の偏心量を測定する装置であって、光源又は光源で照明された指標と、被測定面に前記光源又は光源で照明された指標の像を投影する投影光学系と、前記被測定面から反射された前記光源又は光源で照明された指標の反射像の位置を検出する光検出器と、前記被測定面から反射された前記光源又は光源で照明された指標の反射像を前記光検出器の受光面に結像させる結像光学系と、前記反射像の像位置の測定結果に基づいて前記被測定面の偏心量を算出する手段と、前記被測定光学系と前記投影光学系との間に配置された補助光学系とを有することを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の偏心測定装置においては、前記被測定光学系の見かけ上の曲率中心のうち少なくとも２つ以上の曲率中心が、前記補助光学系の主点位置と前記主点位置から前記補助光学系の焦点距離の２倍の距離だけ離れた位置との間に位置することを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の偏心測定装置においては、前記補助光学系を前記被測定光学系の一部とみなして測定機制御及び測定を行なうことを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の偏心測定装置においては、前記補助光学系を前記被測定光学系に装着して測定するように構成されていることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明による偏心測定方法は、３面以上の光学面で構成される被測定光学系と投影光学系との間に補助光学系を配置し、光源又は光源で照明された指標の像を前記投影光学系を介して被測定面に投影し、前記被測定面から反射された前記光源又は光源で照明された指標の反射像を結像光学系を介して光検出器の受光面に結像させ、前記被測定面から反射された前記光源又は光源で照明された指標の反射像の位置を光検出器で検出し、前記反射像の像位置の測定結果から前記被測定面の偏心量を算出することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の偏心測定方法においては、前記被測定光学系の見かけ上の曲率中心のうち少なくとも２つ以上の曲率中心が、前記補助光学系の主点位置と前記主点位置から前記補助光学系の焦点距離の２倍の距離だけ離れた位置との間に位置するようにしたことを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の偏心測定方法においては、前記補助光学系を前記被測定光学系の一部とみなして測定機制御及び測定を行なうことを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の偏心測定方法においては、前記補助光学系を前記被測定光学系に装着して測定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の偏心測定装置及び偏心測定方法によれば、見かけ上の曲率半径が小さい面を含む小型光学系の組み上がり偏心において、近接面の区別が容易になり、かつ、高精度に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果を説明する。
図１及び図２を用いて、本発明の概念を説明する。図１は、本発明の偏心測定装置における補助光学系と、被測定光学系の見かけ上の曲率中心位置の関係を示す説明図である。また、図２は、図１の配置における補助光学系の主点位置を基準にした結像式をグラフ化した説明図である。
【００２９】
図１において、図示されていない測定光学系は、補助光学系の紙面右側に配置されているものとする。補助光学系の主点をＨ、焦点距離をｆ、焦点位置をＦＦとする。図１中、Ｃｉ及びＣｊは被測定光学系第ｉ面及び被測定光学系第ｊ面の見かけ上の曲率中心位置であり、ΔＣは両者（ＣｉとＣｊ）の間隔である。Ｃｉ’及びＣｊ’は補助光学系によるＣｉ及びＣｊの結像位置であり、ΔＣ’は両者（Ｃｉ’とＣｊ’）の間隔である。
△Ｃが１mm以下の小さい値であるとき、被測定光学系第ｉ面の反射像と被測定光学系第ｊ面の反射像との区別が困難となる。図１において、見かけ上の曲率中心位置Ｃｉ及び見かけ上の曲率中心位置Ｃｊは、補助光学系の主点位置Ｈと位置２ＦＦとの間にある。この位置２ＦＦは、補助光学系の主点位置Ｈから、補助光学系の焦点距離の２倍の距離２ＦＬだけ離れた位置である。
【００３０】
図２のグラフでは、補助光学系に対する物点距離ｓを横軸、像点距離ｓ’を縦軸にとり、補助光学系の物点距離と像距離との関係を曲線で示してある。横軸上に見かけ上の曲率中心位置Ｃｉ及び見かけ上の曲率中心位置Ｃｊが存在し、縦軸上に補助光学系によるＣｉの結像位置Ｃｉ’及び補助光学系によるＣｊの結像位置Ｃｊ’が存在する。Ｈは横倍率が１倍となる位置であり、２ＦＦは横倍率が−１倍となる位置である。
【００３１】
図１及び図２より、見かけ上の曲率中心位置Ｃｉ及び見かけ上の曲率中心位置Ｃｊが、補助光学系の主点位置ＨとＨから補助光学系の焦点距離の２倍の距離だけ離れた位置２ＦＦとの間（間隔２ｆＬの範囲）にあれば、補助光学系は拡大光学系として作用することがわかる。すなわち、△Ｃ’＞△Ｃとなり、ＣｉとＣｊとの間隔は補助光学系によって拡大される。よって、第ｉ面及び第ｊ面を測定する際は、間隔が拡大されたＣｉ’及びＣｊ’の位置に光束を集光させ、第ｉ面及び第ｊ面からの反射像を検出する。このようにすれば、第ｉ面及び第ｊ面の区別は容易になる。また、同時に第ｉ面及び第ｊ面の見かけ上の曲率半径も補助光学系によって拡大されるため測定精度も向上する。
したがって、本発明の補助光学系を用いれば、近接面の区別が容易になり、同時に、高精度な偏心測定を行なうことが可能となる。
【００３２】
また、本発明の偏心測定装置及び偏心測定方法では、補助光学系を被測定光学系の一部と見なして測定するように構成されている。すなわち、コンピュータに被測定光学系の設計データを入力するときに、補助光学系の設計データも被測定光学系の一部として入力して、各面の見かけ上の曲率中心位置を計算するように構成されている。さらに、式(2)に相当する行列係数についても補助光学系を被測定光学系の一部として計算する。そして、補助光学系ごとに偏心測定を行なう。なお、コンピュータは、測定制御及び偏心計算を行う機能を備えている。
このようにすれば、測定制御は、補助光学系の有無に関係なく、同じ制御方式で行なうことができる。すなわち、従来の既存の偏心測定装置に機械的な改良を加えることなく、高精度な偏心測定が行なえるようになる。
また、補助光学系の偏心量も同時に測定するため、補助光学系の偏心を厳しく抑えて製作する必要や、予め偏心量を把握しておく必要がなく、簡単に高精度な偏心測定が行なえるようになる。
【００３３】
また、本発明の偏心測定装置及び偏心測定方法では、補助光学系は、近接面を含む被測定光学系に対してのみ用いれば良い。また、被測定光学系に最適な補助光学系を容易に準備することができる。
次に、図３を用いて、本発明の偏心測定装置での測定に用いる被測定光学系と補助光学系の構成例について説明する。
被測定光学系２６１は、５枚からなるレンズ群であって、２枚目のレンズと３枚目のレンズとの間に絞り（面番号ｒ5）が配置されている。また、補助光学系２６４は、被測定光学系２６１の前方、すなわち入射側（紙面において右側）に設けられている。
表１及び表２に、被測定光学系の設計データ及び補助光学系２６４のデータを示す。
表１及び表２において、ｆＬ261、ｆＬ264は全系焦点距離、Ｈは主点位置、ＦＮＯはＦナンバー、２ωは全画角、ｒ1、ｒ2、…、r11、r12は各レンズ面の曲率半径、ｄ1、ｄ2、…、ｄ11、ｄ12は各レンズ面間の間隔、ｎ1、ｎ2、…、ｎ11は各レンズの測定用光源波長（８３０ｎｍ）における屈折率である。曲率半径、間隔の単位はｍｍである。
（表１）
ｆＬ261＝5.55，ＦＮＯ＝2.88，２ω＝64.40
第１面    ｒ1＝-13.9598      ｄ1＝2.4200      ｎ1＝1.82174
第２面    ｒ2＝-56.3701      ｄ2＝0.2700
第３面    ｒ3＝-7.6185       ｄ3＝0.8700      ｎ3＝1.48181
第４面    ｒ4＝-2.4917       ｄ4＝3.3154
第５面    ｒ5＝∞（絞り）    ｄ5＝1.0735
第６面    ｒ6＝8.2879        ｄ6＝0.8000      ｎ6＝1．82174
第７面    ｒ7＝-10.5000      ｄ7＝3.7900      ｎ7＝1.71867
第８面    ｒ8＝5.2842        ｄ8＝0.1500
第９面    ｒ9＝-9.8776       ｄ9＝3.3700      ｎ9＝1.55644
第10面    ｒ10＝13.3796
（表２）
ｆＬ264＝36.16，Ｈ＝1.75
第1面     ｒ11＝-36.16       ｄ11＝5           ｎ11＝1.50974
第2面     ｒ12＝36           ｄ12＝10
本発明の偏心測定装置では、被測定光学系２６１の第１面ｒ1を原点とし、被測定光学系２６１から射出する光線の進む方向を正とする。また、被測定光学系２６１を組み込んだ枠体を、測定光学系側に向けるものとする。この枠体はレンズ枠、鏡枠を含む。なお、後述の図４に示す実施例では、枠体の外枠形状のみを図示してある。
【００３４】
表３に、見かけ上の曲率中心位置、及び見かけ上の曲率半径を示す。これらは、被測定光学系２６１の各レンズ面を被測定面として測定する際の位置、半径である。
【００３５】
表３において、Ｒ1、Ｒ2、…、は各レンズ面の見かけ上の曲率半径、Ｃ1、Ｃ2、…は各レンズの見かけ上の曲率中心位置である。
（表３）
レンズ面    見かけ上の曲率半径   見かけ上の曲率中心位置
第１面      Ｒ1＝-13.9598        Ｃ1＝-13.9598
第２面      Ｒ2＝37.3125         Ｃ2＝35.8714
第３面      Ｒ3＝-14.86583       Ｃ3＝-16.62896
第４面      Ｒ4＝-2.92959        Ｃ4＝-5.45295
第６面      Ｒ6＝12.1477         Ｃ6＝5.00041
第７面      Ｒ7＝-2.21009        Ｃ7＝-9.68651
第８面      Ｒ8＝1.86055         Ｃ8＝-6.77166
第９面      Ｒ9＝-4.91365        Ｃ9＝-13.60473
第10面      Ｒ10＝2.71452        Ｃ10＝-7.0008
【００３６】
表３から明らかなように、レンズ面第１面の見かけ上の曲率中心位置Ｃ1とレンズ面第９面の見かけ上の曲率中心位置Ｃ9との間隔は、０．３６ｍｍ程度に近接している。また、レンズ面第８面の見かけ上の曲率中心位置Ｃ8とレンズ面第１０面Ｃ10の見かけ上の曲率中心位置との間隔は、０．２３ｍｍ程度に近接している。
【００３７】
これらのレンズ面を、補助光学系２６４を備えていない従来の偏心測定装置で測定した場合には、いずれのレンズ面の反射像であるかの判別ができなくなる。よって、事実上、見かけ上の曲率中心位置Ｃ1，Ｃ9，Ｃ8，Ｃ10の測定が不可能になる。従来の偏心測定装置においては、近接する見かけ上の曲率中心位置は、約１ｍｍ以上離れていないと測定が困難である場合が多い。
また、第４面、第７面、第８面、第９面、第１０面の見かけ上の曲率半径Ｒ4，Ｒ7，Ｒ8，Ｒ9，Ｒ10は小さいため、測定精度が低下する。見かけ上の曲率半径は、約５ｍｍ以上でないと十分な精度で測定できないことが多い。
【００３８】
これに対して、本発明の偏心測定装置では、２つの見かけ上の曲率中心位置が接近していても、精度良く測定することができる。この点について、本発明の偏心測定装置の各実施例を用いて説明する。なお、以下の各実施例の説明に用いる図においては、光学系を単純化して示してある。また、結像光学系は、図示していない拡大リレー光学系を具備しており、最適な倍率で反射像が観察できるように構成されている。また、コンピュータによって、反射像が観察される際の倍率の値が計算・保持され、偏心計算に用いられる。
また、以下の各実施例の偏心測定装置では、投影光学系は結像光学系の役割も果たしている。すなわち、投影光学系は、光源の像を被測定光学系の各被測定面に投影するとともに、各被測定面から反射される反射像を観察可能に結像する。
【実施例１】
【００３９】
図４〜図６を用いて、本発明の実施例１にかかる偏心測定装置を説明する。
図４は、本発明の実施例１にかかる偏心測定装置の概略構成図である。また、図５は、図４の偏心測定装置における被測定光学系の枠体と補助光学系の枠体との取り付け状態を示す部分拡大説明図である。また、図６は、図４の偏心測定装置における被測定光学系と補助光学系との位置関係を示す説明図である。
【００４０】
実施例１の偏心測定装置３３６は、測定光学系２６２と、コンピュータ３３０と、基準軸設定用光学系３３１と、光軸を２方向に分岐させるビームスプリッタ３３６ａ及び取り付け台２６１ｃを有して構成されている。
取り付け台２６１ｃは、被測定光学系を取り付けるための台である。この取り付け台２６１ｃは、ビームスプリッタ３３６ａで分岐された一方の光軸の先方に配置されている。取り付け台２６１ｃ上には、内部に補助光学系２６４を装着した枠体２６３と、内部に被測定光学系２６１を装着した枠体２６１ａとが載置されている。そして、この枠体２６３は、取り付け台２６１ｃに固定されている。
【００４１】
測定光学系２６２は、測定光学系の光軸上に、光源（例えば、波長８３０ｎｍの半導体レーザ）２８４と、ビームスプリッタ２６５と、投影光学系２６６と光検出器（例えば、ＣＣＤカメラ）２６７とを有している。投影光学系２６６は、被測定光学系２６１に、光源２８４の像を投影可能となっている、更に、投影光学系２６６は、被測定光学系２６１から反射される反射像を光検出器２６７上に形成するようになっている。また、これらの各光学要素は、測定光学系取り付け台２６２ａ上に載置されている。
【００４２】
基準軸設定用光学系３３１は、イメージローテータプリズム３３３と、結像レンズ３３４及び結像した像を反射するミラー３３５とで構成されている。イメージローテータプリズム３３３は、基準軸設定用光学系の光軸を中心として回転自在となっている。結像レンズ３３４は、基準軸設定用光学系の光軸に沿って移動自在になっている。これらの光学要素は、基準軸設定用光学台３３１ａ上に載置されている。
投影光学系２６６の光軸上には、ビームスプリッタ３３６ａが配置されている。よって、光源２８４からの光束は、その一部がビームスプリッタ３３６ａを介して反射される。反射された光は、基準軸設定光学系３３１へ導かれた後、ミラー３３５に到達する。ミラー３３５で反射された光束は、所定の位置に反射像を形成する。この反射像からの光をビームスプリッタ３３６ａで再び反射して、測定光学系２６２に導く。このようにすることで、測定用基準軸の像を、光検出器２６７上の結像面に結像させるようになっている。また、被測定光学系２６１の被測定面でも反射像が形成される。この反射像も、光検出器２６７上の結像面に結像する。
【００４３】
コンピュータ３３０は、駆動機溝３３２と、駆動機構３３１ｂ及び光検出器２６７に接続している。駆動機溝３３２は、被測定面の見かけ上の曲率中心位置に光源２８４の像を投影するように、投影光学系２６６を光軸に沿って移動させる。駆動機構３３１ｂは、被測定面からの反射像の測定用基準軸を光検出装置２６７上に設定するように、イメージローテータプリズム３３３及び結像レンズ３３４を作動させる。光検出器２６７は、被測定面からの反射像を結像面上で検出してフレ量Δ（すなわち、ΔＸ，ΔＹ）をデータとして出力する。また、コンピュータ３３０は、フレ量△と偏心量εとの関係を示す式(2)の行列成分の計算をして、各被測定面の関数ｆを求めるようにプログラム制御されている。
このプログラムでは、被測定光学系２６１の各レンズ面の曲率半径ｒ、各レンズ面間の間隔ｄ、各レンズの測定用光源波長（８３０ｎｍ）における屈折率ｎ等の設計データが用いられる。また、プログラムでは、被測定光学系２６１を装着した枠体２６１ａが被測定光学系取り付け台２６１ｃ上に載置された際の、被測定光学系２６１に係るチェック項目も用いられる。このチェック項目は、例えば、枠体２６１ａの載置位置や被測定光学系２６１の向き等、測定に際して被測定光学系２６１を所定の姿勢にするのに必要な項目である。また、コンピュータ３３０は、測定条件の入力が行われた際に、これらの入力データに基づいて、被測定光学系２６１の各被測定面の見かけ上の曲率中心位置の計算や、周知の近軸光線追跡を行う。
また、コンピュータ３３０は、これらの計算に基づいて、投影光学系２６６の駆動機構３３２や基準軸設定用光学系３３１の駆動機構３３１ａの制御を行なうようにプログラム制御されている。さらに、コンピュータ３３０は、光検出器２６７の結像面上で検出されたフレ量Δを、出力信号データとして取り込む。そして、該取り込みデータと投影光学系２６６の倍率から、関数ｆを用いて被測定光学系２６１の偏心量εの算出を行なうようにプログラム制御されている。
【００４４】
補助光学系２６４は、被測定光学系２６１を内蔵した枠体２６１ａに、枠体２６３を介して一体的に装着されている。
具体的には、図５に示すように、枠体２６３の一端側端面２６３ｂを、枠体２６１ａの一端側端面２６１ｂに当接させる。更に、枠体２６３の内側突出部２６３ａを、枠体２６１ａの一端側内周縁部２６１ｄと嵌合させる。そして更に、枠体２６３の一端側端面２６３ｂと枠体２６１ａの一端側端面２６１ｂとに間に、粘着手段（着脱自在な接着力の弱い接着剤、両面テープ等）２６３ｃを介在させて両者を一体的に固定する。
【００４５】
補助光学系２６４は、焦点距離が３６．２ｍｍの凸レンズで構成されており、被測定光学系２６１の第１面から測定光学系２６２側へ１０ｍｍ離れた位置に固定配置されている。実施例１における位置２ＦＦを図６に示す。この位置２ＦＦは、補助光学系２６４の主点位置Ｈから、補助光学系の焦点距離の２倍の距離２ＦＬだけ離れた位置である。また、被測定光学系２６１の見かけ上の曲率中心位置は、第２面を除いて、補助光学系２６４の主点位置Ｈと位置２ＦＦの間に入っている。
補助光学系２６４を取り付けることで、被測定光学系２６１の見かけ上の曲率半径と見かけ上の曲率中心位置は、表４のようになる。
（表４）
レンズ面    見かけ上の曲率半径   見かけ上の曲率中心位置
第１面      Ｒ1＝13.78055         Ｃ1＝-75.0122
第２面      Ｒ2＝-37.5096         Ｃ2＝27.79312
第３面      Ｒ3＝8.68511          Ｃ3＝-117.418
第４面      Ｒ4＝-11.5114         Ｃ4＝-19.313
第６面      Ｒ6＝31.12993         Ｃ6＝5.08769
第７面      Ｒ7＝-9.18336         Ｃ7＝-39.0167
第８面      Ｒ8＝-109.284         Ｃ8＝-24.4393
第９面      Ｒ9＝35.12132         Ｃ9＝-70.9422
第10面      Ｒ10＝-71.0294        Ｃ10＝-25.409
【００４６】
実施例１の偏心測定装置によれば、補助光学系２６４を取り付けたことによって、レンズ面第１面の見かけ上の曲率中心位置Ｃ1とレンズ面第９面の見かけ上の曲率中心位置Ｃ9との間隔は、約４ｍｍ離れるようになった（すなわち、表３に示した補助光学系２６４がない場合における間隔と比べて、約１１倍拡大された）。同様に、レンズ面第８面の見かけ上の曲率中心位置Ｃ8とレンズ面第１０面Ｃ10の見かけ上の曲率中心位置との間隔は、約１ｍｍ離れるようになった（表３に示した補助光学系がない場合における間隔に比べて、約４倍拡大された）。また、第４面、第７面、第８面、第９面、第１０面の見かけ上の曲率半径Ｒ4，Ｒ7，Ｒ8，Ｒ9，Ｒ10はいずれも８ｍｍ以上に拡大された。このため、全てのレンズ面を高精度に測定することが可能となった。
【００４７】
上述のように、補助光学系２６４は、枠体２６３内に組立て調整されて収納されている。そして、枠体２６３は、被測定光学系２６１の枠体２６１ａに装着されている。よって、本装置では、このような状態で、被測定光学系２６１の各被測定面の全てを測定することができるようになっている。このように、補助光学系２６４を被測定面に取り付けた状態で行なう（すなわち、補助光学系２６４も被測定光学系２６１の一部と見なして、一緒に偏心を測る）と、従来の既存の偏心測定装置に機械的な改良を加えることなく、高精度な測定が行なえるようになる。
【００４８】
実施例１の偏心測定装置による被測定光学系の被測定面の測定に際しては、光源２８４から射出した光束は、ビームスプリッタ２６５で反射される。そして、反射された光束は、投影光学系２６６、補助光学系２６４を経て、被測定光学系２６１の各被測定面の見かけ上の曲率中心位置へ入射する。そして、各被測定面で反射した反射光の光束が、投影光学系２６６を介して光検出器２６７の結像面上に結像する。
このとき、投影光学系２６６の位置は、入射光束が各被測定面の見かけ上の曲率中心位置へ入射するように、調整可能になっている。この投影光学系２６６の移動は、コンピュータ３３０からの制御信号に基づいて、駆動機構３３２によって行なわれる。
【００４９】
次に、本実施例の偏心測定機による被測定面の測定方法について述べる。
コンピュータ３３０には、被測定光学系２６１の設計データ、すなわちパラメータが入力される。本実施例では、この入力が行われるときに、補助光学系２６４の設計データを、被測定光学系２６１の一部として入力する。そして、被測定光学系及び補助光学系の見かけ上の曲率中心位置および式(2)の行列係数（各被測定面に係る関数ｆ）を計算し、補助光学系２６４を含めて偏心測定を行なう。以下に測定手順を示す。
【００５０】
測定手順
１．まず、被測定光学系２６１と補助光学系２６４に関するデータを、コンピュータ３３０に入力する。被測定光学系２６１に関するデータには、被測定光学系２６１の各レンズ面の曲率半径ｒ、各レンズ面間の間隔ｄ、各レンズの測定用光源波長（８３０ｎｍ）における屈折率ｎ等のデータ（表１参照）がある。また、補助光学系２６４に関するデータには、補助光学系２６４の各レンズ面間の間隔ｄ、各レンズの測定用光源波長（８３０ｎｍ）における屈折率ｎ等のデータ（表２参照）がある。
２．次に、コンピュータ３３０で、上記１．の入力データに基づいて、計算を行う。この計算では、補助光学系２６４及び被測定光学系２６１の各被測定面の見かけ上の曲率中心位置を計算し、各被測定面の見かけ上の曲率中心位置を求める（表４参照）。
３．上記２．の計算結果に基づいて、コンピュータ３３０は、補助光学系２６４の第１面を測定するように、駆動機構３３２及び駆動機構３３１ｂに制御信号を送る。駆動機構３３２は、制御信号に従って、補助光学系２６４の第１面の見かけ上の曲率中心位置へ光束が入射するように、投影光学系２６６をその光軸に沿って移動させる。また、駆動機構３３１ｂは、補助光学系２６４の第１面に対応した測定用基準軸が設定できるように、結像レンズ３３４をその光軸に沿って移動させ、イメージローテータプリズム３３３をその光軸周りで回転させる。
４．補助レンズ光学系２６４の第１面からの反射像の位置（以下、第１補助位置とする。）を、光検出器２６７の結像面上で検出する。また、基準軸設定用光学系３３１からの反射像の像位置（以下、基準位置とする。）を、光検出器２６７の結像面上で検出する。そして、第１補助位置に対応する出力信号（以下、第１補助位置信号とする）、及び基準位置に対応する出力信号（以下、基準位置信号とする）をコンピュータ３３０で取り込む。
【００５１】
５．次に、コンピュータ３３０で、第１補助位置信号により得られたデータと、基準位置信号により得られたデータ（前記４．で取り込んだデータ）から、光検出器２６７上での第１面におけるフレ量Δ１を計算する。
６．次に、上記１．の入力データに基づいて、コンピュータ３３０で、式(2)の行列成分（ｎ＝１とする）の関数ｆの計算、投影光学系２６６の倍率を計算する。
７．次に、コンピュータ３３０で、上記５．の計算結果のフレ量Δ１と関数ｆ（ｎ＝１とする）と倍率とから、第１面の偏心量ε１を計算する。
【００５２】
８．上記２．の計算結果に基づいて、コンピュータ３３０は、補助光学系２６４の第２面を測定するように、駆動機構３３２及び駆動機構３３１ｂに制御信号を送る。駆動機構３３２は、補助光学系２６４の第２面の見かけ上の曲率中心位置へ光束が入射するように、制御信号に従って、投影光学系２６６をその光軸に沿って移動させる。また、駆動機構３３１ｂは、補助光学系２６４の第１面に対応した測定用基準軸が設定できるように、結像レンズ３３４をその光軸に沿って移動させ、イメージローテータプリズム３３３をその光軸周りに回転させる。
９．次に、補助レンズ光学系２６４の第２面からの反射像の像位置（以下、第２補助位置とする）を、光検出器２６７の結像面上で検出する。また、基準位置を、光検出器２６７の結像面上で検出する。そして、第２補助位置に対応する信号及び基準位置に対応する信号を、コンピュータ３３０で取り込む。
【００５３】
１０．次に、コンピュータ３３０で、第２補助位置信号により得られたデータと、基準位置信号により得られた込みデータ（上記９．で取り込んだデータ）から、光検出器２６７上での第２面におけるフレ量△２を計算する。
１１．次に、コンピュータ３３０で、上記１．の入力データに基づいて式(2)の行列成分（ｎ＝２とする）の関数ｆの計算、投影光学系２６６の倍率を計算する。
１２．次に、コンピュータ３３０で、上記１０．の計算結果のフレ量Δ２と関数ｆ（ｎ＝２とする）と倍率とから、第２面の偏心量ε２を計算する。
【００５４】
１３．上記２．の計算結果に基づいて、コンピュータ３３０は、被測定光学系２６１の第１面を測定するように駆動機構３３２及び駆動機構３３１ｂに制御信号を送る。駆動機構３３２は、制御信号に従って被測定光学系２６１の第１面の見かけ上の曲率中心位置へ光束が入射するように、投影光学系２６６をその光軸に沿って移動させるとともに、駆動機構３３１ｂは、被測定光学系２６１の第１面に対応した測定用基準軸が設定できるように、結像レンズ３３４をその光軸に沿って移動させ、イメージローテータプリズム３３３をその光軸周りで回転させる。
【００５５】
以下の被測定光学系２６１の第１面に対する測定手順は、上記９．〜１２．の測定手順で、補助光学系を被測定光学系と読み替え、該第１面はｎ＝３…として行列成分を計算し関数ｆを更新して求める。被測定光学系の第２面以降の測定は、第１面と同様の測定を、被測定光学系の第１０面までの全ての面に対して行なう。
【００５６】
このようにして、得られた偏心量から、補助光学系２６４の偏心量を削除すると、被測定光学系２６１のみの偏心量εを得ることができる。
なお、補助光学系２６４は、必ずしも単レンズである必要はなく、正のパワーを持ったレンズ群であっても良い。
また、補肋光学系は、“被測定光学系の見かけ上の曲率中心のうち、少なくとも２つ以上は、補助光学系の主点位置と、その主点位置から補助光学系の焦点距離の２倍の距離だけ離れた位置との間に入る”という条件を満していれば、凹レンズ又は負の屈折力を持つレンズ群であっても良い。例えば、被測定光学系の見かけ上の曲率中心位置が正の大きい値の範囲に分布している場合が、この条件に当てはまる。
【００５７】
また、レンズ面第１面とレンズ面第９面、レンズ面第８面とレンズ面第１０面のように、見かけ上の曲率中心間隔が近接している面を測定するときのみ補助光学系２６４を取り付けて測定を行ない、他の面の淵定を行なうときは、補助光学系２６４が無い状態にして測定しても良い。
また、補助光学系２６４の偏心量が既知である場合は、補助光学系２６４の偏心測定を省略しても良い。
【００５８】
なお、偏心測定装置あるいは偏心測定方法において、補助光学系を、正の屈折力を持つ群と、負の屈折力を持つ群とで構成し、正の屈折力を持つ群を、被測定光学系側に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の偏心測定装置における補助光学系と被測定光学系の見かけ上の曲率中心位置の関係を示す説明図である。
【図２】図１の配置における補助光学系の主点位置を基準にした結像式をグラフ化した説明図である。
【図３】本発明の偏心測定装置での測定に用いる被測定光学系と補助光学系の構成例を示す光軸に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施例１にかかる偏心測定装置の概略構成図である。
【図５】図４の偏心測定装置における被測定光学系の枠体と補助光学系の枠体との取り付け状態を示す部分拡大説明図である。
【図６】図４の偏心測定装置における被測定光学系と補助光学系との位置関係を示す説明図である。
【図７】一般的な光学系の組み上がり偏心測定方法の一従来例を示す説明図である。
【図８】組み上がり偏心測定装置の一従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
２６１        被測定光学系
２６１ａ      枠体
２６１ｂ      一端側端面
２６１ｃ      被測定光学系取り付け台
２６１ｄ      一端側内周縁部
２６２        測定光学系
２６２ａ      測定光学系取り付け台
２６３        枠体
２６３ｂ      一端側端面
２６３ｃ      粘着手段
２６４        補助光学系
２６５        ビームスプリッタ
２６６        投影光学系
２６７        光検出器
２８４        光源
３３０        コンピュータ
３３１        基準軸設定用光学系
３３１ａ      基準軸設定用光学系台
３３１ｂ      駆動機構
３３２        駆動機構
３３３        イメージローテータプリズム
３３４        結像レンズ
３３５        ミラー
３３６        偏心測定装置
３３６ａ      ビームスプリッタ
Ｃｉ          被測定光学系第ｉ面の見かけ上の曲率中心位置
Ｃｊ          被測定光学系第ｊ面の見かけ上の曲率中心位置
Ｃｉ’        補助光学系によるＣｉの結像位置
Ｃｊ’        補助光学系によるＣｊの結像位置
ΔＣ          ＣｉとＣｊとの間隔
ΔＣ’        Ｃｉ’とＣｊ’との間隔
Ｈ            補助光学系の主点位置
ＦＦ          補助光学系の焦点位置
ｆＬ          補助光学系の焦点距離
【図１】
2005147945.tif 000005
【図２】
2005147945.tif 000006
【図３】
2005147945.tif 000007
【図４】
2005147945.tif 000008
【図５】
2005147945.tif 000009
【図６】
2005147945.tif 000010
【図７】
2005147945.tif 000011
【図８】
2005147945.tif 000012